具体描述
主要介绍PIC18Fxxx系列单片机的程序设计方法。书中介绍了大量的应用例程及与程序设计相关的知识，几乎涉及到PIC18Fxxx单片机的所有功能模块的编程应用，并给出了典型应用实例的原理电路图和源程序清单。所有程序均在重庆大学美国微芯公司PIC单片机实验室设计制作的实验板上调试通过，程序见本书所附光盘。
本书可作为单片机开发者和初学者设计与编程的自学参考书，也可作为高等院校有关单片机原理及应用课程的实验指导书。本书可与《PIC18Fxxx单片机原理及接口程序设计》一书配套使用。
现代电子系统设计与实践 本书简介 本书着重于现代电子系统从概念设计到实际部署的完整流程，覆盖了从底层硬件交互到上层软件架构构建的关键技术和方法论。它并非聚焦于某特定微控制器系列，而是致力于提供一套通用的、适用于各类嵌入式系统的设计思维框架和工程实践指南。 第一部分：嵌入式系统基础架构与硬件交互 本部分深入剖析了现代嵌入式系统赖以存在的基石——硬件平台的设计哲学和底层操作原理。我们摒弃了对特定指令集的细致讲解，转而关注系统级组件的选择、集成与优化。 1. 异构计算单元选型与系统级功耗管理： 详细探讨了不同架构处理器（如Cortex-M系列、RISC-V、乃至边缘AI加速器）在特定应用场景下的适用性分析。内容涵盖了实时性要求、能效比（Performance per Watt）的量化评估方法，以及如何根据任务需求动态调整CPU频率、电压和休眠模式，以实现最优的电源管理策略。特别强调了动态电压和频率调节（DVFS）在功耗敏感型设备中的实现细节。 2. 高速信号完整性与PCB设计考量： 深入讲解了在多层PCB设计中，诸如阻抗匹配、串扰抑制、电源层去耦网络（PDN）设计等关键的物理层问题。内容包括高速信号的上升沿时间对走线长度的影响，差分信号的布线规范，以及电磁兼容性（EMC/EMI）的基础设计准则，旨在指导读者避免在原型设计阶段就遭遇信号完整性陷阱。 3. 存储器技术与访问优化： 涵盖了SRAM、DRAM（如LPDDR系列）以及非易失性存储器（如eMMC、SPI NOR/NAND Flash）的工作原理、接口时序要求和性能瓶颈分析。重点讨论了内存映射、缓存一致性（Cache Coherency）在多核系统中的处理，以及如何通过数据布局优化来提高系统吞吐量。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程模型 本部分超越了简单的任务调度，聚焦于构建可靠、可预测的实时软件环境，这是所有复杂嵌入式应用的核心。 4. RTOS内核机制深度解析： 详细剖析了主流RTOS（如FreeRTOS、Zephyr等）内核的实现细节，包括上下文切换的汇编级过程、多种调度算法（固定优先级、轮转、优先级继承/天花板）的优缺点及其在实际应用中的选择。内容侧重于如何进行内核参数的精细调优以满足严格的时序约束。 5. 进程间通信（IPC）与同步机制的鲁棒性设计： 全面介绍了消息队列、信号量、互斥锁、事件标志组等IPC原语的正确使用场景。重点分析了死锁、竞态条件、优先级反转等并发问题的根本原因，并提供了基于资源访问模型的先进同步策略，如受限访问队列（RAQ）模式。 6. 中断处理与延迟分析： 深入探讨了中断服务程序（ISR）的设计规范，包括ISR的处理长度限制和如何高效地将工作负载从ISR转移到线程上下文。内容细致到对硬件中断控制器（VIC/GIC）的寄存器级操作理解，以及如何精确测量和最小化中断延迟抖动（Jitter）。 第三部分：系统级软件架构与中间件集成 本部分关注如何将底层驱动与上层应用逻辑有机结合，构建出可维护、可扩展的软件栈。 7. 驱动程序设计与抽象层（HAL/LL）： 阐述了为不同硬件平台编写可移植驱动程序的原则。通过定义清晰的硬件抽象层（HAL），实现应用代码与具体寄存器操作的解耦。讲解了如何使用设备树（Device Tree）等现代方法来描述硬件资源，简化驱动程序的初始化过程。 8. 网络协议栈与边缘计算： 侧重于嵌入式设备在物联网（IoT）环境中的连接能力。详细分析了TCP/IP、UDP协议栈在资源受限环境下的裁剪与优化，MQTT、CoAP等轻量级通信协议的应用模式。同时，探讨了安全启动（Secure Boot）和固件空中更新（FOTA/OTA）机制的实现流程。 9. 调试、测试与质量保证： 介绍了专业的嵌入式系统调试工具和方法论，包括JTAG/SWD接口的深入使用、逻辑分析仪和示波器在定位时序和信号问题的应用。强调了单元测试、集成测试在嵌入式固件开发中的重要性，并介绍了基于模型的测试框架。 10. 嵌入式安全基础： 探讨了系统安全性的各个层面，从物理防篡改、代码认证、到数据加密。内容覆盖了信任根（Root of Trust, RoT）的建立、安全启动流程、以及常见的固件漏洞（如缓冲区溢出、重放攻击）的防范技术。 通过以上章节的系统性学习，读者将掌握构建任何复杂嵌入式或物联网设备所需的核心工程技能，而这些技能的通用性远超针对单一芯片系列的知识范畴。本书旨在培养具备全局视野和深厚工程底蕴的电子系统架构师。
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